استفاده از باکتری‌های enterobacter cloacae و corynebacterium glutamicum مولد اوره‌آز برای تثبیت خاک شنی و کاهش فرسایش بادی

سابقه و هدف: خاک مخزن میلیون‌ها میکروارگانیسم است که بیشتر میکروب‌های موجود در آن اثرات مفیدی بر کشاورزی، سلامت خاک و حفاظت خاک در برابر نیروهای‌ فرساینده دارند. برخی از باکتری‌های خاک دارای توانایی تولید آنزیم اوره‌آز هستند که با تغییر در غلظت یون هیدروژن و تولید یون‌های بی‌کربنات در حضور کلسیم منجر به رسوب کربنات کلسیم می‌شوند. به کمک فناوری زیستی می‌توان مقاومت خاک را در برابر نیروی باد افزایش داد. در پژوهش حاضر توانایی تولید آنزیم اوره‌آز توسط دو باکتری enterobacter cloacae و corynebacterium glutamicum و کارایی آنها در افزایش استحکام خاک و کاهش فرسایش بادی بررسی شده است.مواد و روش‎ها: خاک شنی از منطقه بحرانی فرسایش بادی در جنوب شرق اهواز تهیه شد و درون سینی هایی با ابعاد 50×30×3 سانتیمتر ریخته شدند. کشت تازه هر یک از دو باکتری e. cloacae و c. glutamicum به طور جداگانه سانتریفیوژ شده و سلول‌های میکروبی به صورت قرص درآمدند، سپس محلول رویی دور ریخته شد و سلول‌های میکروبی دوباره در سرم فیزیولوژی به‌صورت سوسپانسیون درآمدند. سوسپانسیون باکتری به مقداری که جععیت باکتری در خاک (cfu/g 106×1.5) گردد، به سینی‌های دارای تیمار باکتری اسپری شدند. سپس نسبت‌های مولی متفاوت محلول شیمیایی (اوره : کلرید کلسیم شامل 1:1 و 2:1 و 3:1) به سطح خاک اضافه ‌شد. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی انجام شد. فاکتورها شامل سطوح مختلف اوره : کلرید کلسیم (بدون اوره و کلرید کلسیم، نسبت 1:1 ؛ نسبت 2:1 ؛ و نسبت 3:1 اوره و کلرید کلسیم ) و مایه‌زنی باکتری (بدون باکتری، مخلوط دو باکتری، e. cloacae و c. glutamicum) بودند. نمونه‌ها در شرایط محیطی با حفظ رطوبت در حد 75 - 70 درصد ظرفیت مزرعه به مدت 60 روز نگهداری شدند. نمونه های خاک پیش از اندازه‌گیری‌ها در دمای محیط خشک شدند؛ سپس برخی ویژگی‌های خاک شامل هدرروی خاک در تونل باد، جزء حساس به فرسایش، میانگین وزنی‌قطر خاکدانه‌ها، مقاومت فروروی و برشی خاک اندازه‌گیری شدند. یافته‏ها: دو باکتری مورد استفاده دارای توانایی تولید آنزیم اوره‌آز بودند. نتایج نشان داد که اثر متقابل باکتری و نسبت اوره : کلرید کلسیم بر ویژگی‌های اندازه‌گیری شده معنی‌دار است. کمترین میزان هدررفت خاک در تونل باد، مربوط به تیمار دارای مخلوط دو باکتری و پس از آن e. cloacae با کاربرد نسبت اوره به کلرید کلسیم 1 به 2 بود و بیشترین مقدار در تیمار بدون تلقیح باکتری و بدون افزودن اوره و کلرید کلسیم اندازه‌گیری شد. میانگین‌وزنی‌قطر خاکدانه در تیمار بدون باکتری، دارای c. glutamicum، e. cloacae و مخلوط دو باکتری در نسبت 2:1 اوره به کلرید کلسیم به ترتیب 1.04 ،3.79، 3.34 و 3.90 میلی‌متر بود. کمترین مقدار جزء حساس به فرسایش در تیمار بدون باکتری، دارای c. glutamicum ، e. cloacae و مخلوط دو باکتری در نسبت 2:1 اوره و کلرید کلسیم به ترتیب 98.7 ،82.68، 86.92 و 81.47 درصد اندازه‌گیری شد.نتیجه‏گیری: نتایج نشان داد که استفاده از مخلوط دو باکتری یا استفاده از e. cloacae و نسبت 2:1 محلول سیمانی اوره : کلرید کلسیم به افزایش مقاومت خاک در برابر نیروی فرساینده باد کمک کرد. افزایش مقاومت فروروی و برشی خاک با اعمال تیمارها احتمالا به دلیل کمتر بودن مقدار جزء حساس به فرسایش و بیشتر بودن میانگین هندسی قطر ذرات در خاک است.

using urease-producing bacteria enterobacter cloacae and corynebacterium glutamicum for stabilizing sandy soil and reducing wind erosion

background and objectives: soil is a reservoir of millions of microorganisms, most of which have beneficial effects on agriculture, soil health, and soil protection against erosive forces. some soil bacteria have the ability to produce the enzyme urease, which, by altering the concentration of hydrogen ions and producing bicarbonate ions in the presence of calcium, leads to the precipitation of calcium carbonate. it is possible to increase soil resistance against wind forces using biotechnological methods. in this study, the ability of two bacteria, enterobacter cloacae and corynebacterium glutamicum, to produce urease and their efficiency in increasing soil resistance and reducing wind erosion was investigated.materials and methods: sandy soil was collected from a critical wind erosion area in southeast ahvaz and placed in trays with dimensions of 50×30×3 cm. fresh cultures of each of bacteria, e. cloacae and c. glutamicum, were separately centrifuged, and the microbial cells were formed into pellets. the supernatant was discarded, and the microbial cells were re suspended in physiological serum. the bacterial suspension was sprayed onto the trays containing the treated soil to achieve a bacterial population of 5 ×106 cfu/g. the different molar ratios of the chemical solution (urea: calcium chloride, including 1:1, 1:2, and 1:2) were sprayed to the soil surface. the experiment was conducted in a factorial design within a completely randomized design. the factors included different levels of urea: calcium chloride (no urea and calcium chloride, 1:1 ratio, 1:2 ratio, and 1:3 ratio of urea and calcium chloride) and bacterial inoculation (no bacteria, a mixture of the two bacteria, e. cloacae, and c. glutamicum). the samples were maintained under environmental conditions with moisture content 70 75% of field capacity for 60 days. before measurements, the soil samples were dried at room temperature; then, some soil properties, including soil loss in a wind tunnel, erodible fraction, mean weight diameter of soil aggregates, penetration resistance, and shear strength of the soil, were measured.results: the two bacteria used had the ability to produce urease. the results showed that the interaction effect of bacteria and the ratio of urea:calcium chloride on the measured characteristics was significant. the lowest soil loss in the wind tunnel was related to the treatment with a mixture of the two bacteria, followed by e. cloacae with the application of a urea to calcium chloride ratio of 1:2. the highest amount was measured in the treatment without bacterial inoculation and without adding urea and calcium chloride. the mean weight diameter of soil aggregates in the treatment without bacteria, with c. glutamicum, e. cloacae, and a mixture of the two bacteria at a 2:1 urea to calcium chloride ratio was 1.04, 3.79, 3.34, and 3.90 mm, respectively. the lowest amount of the erosion sensitive fraction in the treatment without bacteria, with c. glutamicum, e. cloacae, and a mixture of the two bacteria at a 2:1 urea to calcium chloride ratio was measured at 98.7%, 82.68%, 86.92%, and 81.47%, respectively.conclusion: the results showed that using a mixture of the two bacteria or using e. cloacae and a 1:2 ratio of urea: calcium chloride cement solution helped increase soil resistance against wind erosion forces. the increase in soil penetration resistance and shear strength with the treatments is likely due to the lower amount of the erosion sensitive fraction and the larger mwd in the soil.